Una cámara ultrarrápida logra filmar partículas híbridas de luz y materia en movimiento

Científicos estadounidenses diseñaron una "cámara" ultrarrápida para capturar polaritones, que son cuasipartículas hechas tanto de luz como de materia, capaces de viajar a enormes velocidades y atravesar largas distancias. La capacidad de controlar haces microscópicos de luz puede derivar en el desarrollo de distintas tecnologías futuristas.

Investigadores de la Universidad de Chicago, en Estados Unidos, desarrollaron una técnica de imagen ultrarrápida que les permitió observar por primera vez el desplazamiento de polaritones en tiempo real, unas cuasipartículas formadas por la unión de fotones y materia, a través de un cristal especial.

Luz y materia integradas y en movimiento

El estudio, publicado en la revista Nature Communications, describe cómo el equipo logró visualizar estos híbridos a nanoescala, con la resolución espacial y temporal suficiente para seguir su trayectoria, algo que hasta el momento era extremadamente difícil.

El avance fue posible gracias a una técnica llamada microscopía electrónica fotoemisiva resuelta en el tiempo, que combina la precisión de un microscopio electrónico con la versatilidad de pulsos láser. Está "cámara ultrarrapida" permitió la observación, que podría ser la llave para el desarrollo de nuevas y avanzadas tecnologías ópticas.

En la práctica, los científicos excitaron el cristal con un láser para generar los polaritones y luego emplearon otro pulso para liberar electrones, cuya señal permitió “iluminar” la dinámica de estas cuasipartículas. Según una nota de prensa, al repetir el experimento con distintos intervalos de tiempo, reconstruyeron una especie de "película molecular" del viaje de los polaritones.

Aplicaciones en tecnologías futuristas

Los resultados muestran que estos híbridos de luz y materia pueden desplazarse a lo largo de la lámina cristalina con una pérdida mucho menor de la esperada. Las longitudes de propagación serían superiores a 10 micrómetros, aproximadamente tres veces más que las registradas previamente.

El equipo de investigadores también observó directamente cómo las partículas se reflejaban en los bordes de la muestra, un dato que ayuda a entender su comportamiento espacial y a precisar su velocidad. El interés de este hallazgo va más allá de una curiosidad teórica: como el cristal utilizado es un material anisotrópico, o sea que sus propiedades cambian según la dirección en que se mire o se lo atraviese, permite guiar la luz de forma mucho más controlada que en medios convencionales.

Además, al ser estable al aire, fácil de exfoliar en láminas bidimensionales de alta calidad y operable a temperatura ambiente, se convierte en un candidato atractivo para futuras plataformas nanofotónicas y optoelectrónicas, que podrían permitir el desarrollo de circuitos ópticos integrados, herramientas de imagen de alta resolución y, eventualmente, tecnologías computacionales que utilicen luz en lugar de electricidad.